一文讲清楚CMP过滤工艺

一文讲清楚CMP过滤工艺
CMP过滤是诸多半导体过滤工艺中比较有趣且特殊的的一环。

它不同于其他过滤工艺，对固体杂质要求“宁错杀，不放过”，在CMP Slurry 过滤中，我们理想的状态是“不放过一个坏人，不冤枉
一个好人”。

概念简述
CMP全称化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing)或
者叫化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)。

是一
个化学腐蚀+物理研磨的平坦化过程，可以把表面粗糙度打磨到1纳
米以下。

CMP工艺在半导体生产中有着举足轻重的地位。

半导体工艺，对晶圆表面的平坦度有着几近苛刻的要求，这是因为在光刻的时候，需要晶圆表面绝对的平坦，才能才能保证光刻图像清晰不失焦。

光刻机镜片粗糙度RMS小于0.05nm
不仅晶圆需要CMP打磨，湿法刻蚀后要打磨紧致腐蚀的粗糙
面方便涂胶沉积；浅槽割离(SEI)后要打磨，磨平多余的氧化硅，完
成沟槽填充；金属沉积后要打磨，去除溢出的金属层，防止器件短
路
CMP过滤要点
①Filtration Retention
Cmp浆料过滤与其他料液过滤要求不同，在CMP Slurry过滤
工艺中，理想状态下，我们希望直径大于某个值的颗粒能被过滤，
而小于这个值的颗粒则保留，使研磨液的平坦化效果达到最佳。

在实际工序中很难达到这一理想状态，部分符合工艺要求的
颗粒会被截留，造成性能损失；部分超过要求直径的颗粒会流入后端，造成表面缺陷。

下图三条曲线红色表示常规过滤器对不同直径颗粒过滤比率，紫色表示理想状态下不同直径颗粒被滤除的比率，蓝色表示实际
CMP过滤工艺对不同直径颗粒的过滤比。

我们由图可知，在实际过
滤工艺中，仍然有一部分合格的研磨颗粒被滤除，而一部分直径过
大的颗粒流入过滤器下游。

②Shear Stress Effect
CMP浆料过滤的一个难点在于，经过优异的过滤工艺，
Slurry中的大颗粒都被滤除，但保留下来的小颗粒会在应力作用下
聚结成团，变成能对晶圆表面造成损伤的大颗粒。

造成这个现象的原因，除了有纳米级颗粒自身的吸附力外，
过滤纤维的剪应力也会挤压小颗粒成团。

因此减少应力是CMP过滤
工艺的重点。

下图表示不同应力下颗粒聚团的数值。

③Idle effect-Filtration
在静置过程中，研磨液中固体颗粒的尺寸会变大，将会影响
浆料在研磨过程中的性能。

因此大部分半导体厂家会将研磨液在容
器罐中不断循环过滤，以避免结团的比率。

大立解决方案
大立为半导体工艺中的CMP过滤研制PSWM系列滤芯。

PSWM系列滤芯采用纳米级纤维膜，具有更低的流量压差，在减少应力、降低颗粒结团比率的同时，有效延长了滤芯使用寿命。

PSWM由内到外的梯度结构，能实现对CMP的slurry精准过滤，高效拦截大颗粒，放行有效颗粒。